JP6640176B2 - 同期化マスジャイロスコープ - Google Patents

Description

本開示は、複数の移動マスを有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスに関する。

ジャイロスコープ（簡単に「ジャイロ」と呼ばれることもある）は、回転に感応し、それにより、回転を検出するのに使用され得るデバイスである。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープは、圧倒的に特定の軸に沿った運動をもたらすように電気信号が印加される、「プルーフマス」と呼ばれることもある、可動本体を通常含む。このことは、プルーフマスを駆動すると呼ばれ、それに沿ってプルーフマスが駆動される軸は、「駆動軸」と呼ばれることもある。ジャイロスコープが回転を経ると、プルーフマスは、センス軸と呼ばれることがある、駆動軸とは異なる軸に沿って、さらに移動する。いくつかのＭＥＭＳジャイロスコープでは、回転は、プルーフマスに、センス軸に沿って線形に移動させる。他のＭＥＭＳジャイロスコープでは、回転は、プルーフマスを回転させる。センス軸に沿ったプルーフマスの運動が検出され、ジャイロスコープが経た回転の表示を与える。

いくつかのＭＥＭＳジャイロスコープは、機械的に一緒に結合される複数のプルーフマスを含む。プルーフマスは、センス軸または駆動軸のいずれかにおける非所望の運動を拒絶しつつ、同期運動をもたらす目的で一緒に結合され得る。

結合されたマスが逆位相運動を呈するときに線形式に移動する結合器によって一緒に結合された複数の線形移動マスを有する、マイクロマシン型慣性デバイスが提示される。結合器は、互いに反対方向に移動し、可動マスの一方の側の１つの結合器が、第１の線形方向に移動し、可動マスのもう一方の側のもう一つの結合器が、第１の線形方向と反対の第２の線形方向に移動する。結合器は、マスの正しい逆位相運動を確実にする。

ある実施形態において、基板と、第１のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第１のプルーフマスと、第２のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第２のプルーフマスと、を備える、複数マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスが提供される。複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを一緒に結合させ、かつ第１のプルーフマスが第１の方向に移動し、第２のプルーフマスが、第１の方向とは反対の第２の方向に移動するときに、線形に移動するように構成された、第１の結合器をさらに備える。

ある実施形態において、複数マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを作動させる方法であって、逆位相運動において線形に第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを移動させることと、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとが逆位相運動において線形に移動するのにつれて、第１のプルーフマスと第２のフループマスとを結合させている第１の結合器を線形に並進させることと、を含む、方法が提供される。

ある実施形態において、基板と、第１のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第１のプルーフマスと、第２のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第２のプルーフマスと、を備える、複数マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスが提供される。複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとの同位相運動を阻止するための手段をさらに備える。

ある実施形態において、基板と、第１のテザーによって基板に結合され、かつ第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された第１のプルーフマスと、第２のテザーによって基板に結合され、かつ第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された第２のプルーフマスと、第３のテザーによって基板に結合され、かつ第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された第３のプルーフマスと、第４のテザーによって基板に結合され、かつ第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された第４のプルーフマスと、を備える、同期化マス微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスが提供される。デバイスは、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを一緒に結合させ、かつ第１プルーフマスが第２の軸に平行な第１の方向に移動し、第２のプルーフマスが第２の軸に平行な、第１の方向と反対の第２の方向に移動するときに、第１の軸に平行に線形に移動するように構成された、第１の結合器をさらに備える。

ある実施形態において、一緒に結合された４つのプルーフマスを有する同期化マス微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを作動させる方法であって、第１の軸に平行な線形逆位相運動において４つのプルーフマスを移動させることと、４つのプルーフマスが第１の軸に平行な線形逆位相運動において移動するときに、４つのプルーフマスのうちの第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを結合させている第１の結合器を線形に並進させることと、４つのプルーフマスが第１の軸に平行な線形逆位相運動において移動するときに、４つのプルーフマスのうちの第３のプルーフマスと第４のプルーフマスとを結合させている第２の結合器を線形に並進させることと、を含む、方法が提供される。

ある実施形態において、基板と、上方に懸架され、基板に結合され、かつ第１および第２の軸に平行に線形に並進するようにそれぞれが構成された、第１、第２、第３、および第４のプルーフマスと、第１の軸に平行な４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要するための手段と、を備える、同期化マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープが提供される。

本出願の様々な態様および実施形態が、以下の図面を参照して説明される。図面が必ずしも正確な縮尺で描かれていない、ということが理解されよう。複数の図面に現れる項目は、それらが現れるすべての図面において、同じ参照番号で示されている。

図１Ａは、本出願の実施形態による、線形移動ランナによって一緒に結合された複数のプルーフマスを有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのブロック図表現である。 図１Ｂは、図１ＡのＭＥＭＳデバイスの反対称（または、「逆位相」）動作の４つの状態を示す。 図１Ｃは、図１ＡのＭＥＭＳデバイスの反対称（または、「逆位相」）動作の４つの状態を示す。 図１Ｄは、図１ＡのＭＥＭＳデバイスの反対称（または、「逆位相」）動作の４つの状態を示す。 図１Ｅは、図１ＡのＭＥＭＳデバイスの反対称（または、「逆位相」）動作の４つの状態を示す。 図１Ｆは、本出願の実施形態による、プルーフマスの同じ側で複数の相対する方向に移動するランナを含む、線形移動ランナによって一緒に結合された複数のプルーフマスを有するジャイロスコープのブロック図表現である。 図２Ａは、図１Ａに示されたタイプの、線形移動ランナによって一緒に結合された複数のプルーフマスを有するジャイロスコープを示す。 図２Ｂは、プルーフマスを可動シャトルに結合させるために、図２Ａのジャイロスコープに含まれるタイプのテザーの大写し図である。 図２Ｃは、図２Ａのジャイロスコープに含まれるタイプのアンカーおよび枢動点の大写し図である。 図２Ｄは、図２Ａのジャイロスコープに含まれるタイプのヒンジの大写し図である。 図２Ｅ−１は、図２Ａのジャイロスコープに含まれるタイプの枢動リンク機構のポンチ絵表現である。 図２Ｅ−２は、枢動リンク機構セグメントが相対する方向に枢動する、図２Ｅ−１の構造の第１の変形状態を示す図である。 図２Ｅ−３は、枢動リンク機構セグメントが互いに同じ方向に枢動する、図２Ｅ−１の構造の第２の変形状態を示す図である。 図２Ｆ−１は、図２Ａのジャイロスコープにおいて近隣プルーフマスを結合させるためのボックススプリング接合具の大写し図である。 図２Ｆ−２は、図２Ｆ−１の構造の許容される運動を示す図である。 図２Ｆ−３は、図２Ｆ−１の構造の防がれる運動を示す図である。 図２Ｇは、図２Ａのジャイロスコープの線形ランナを枢動リンク機構に結合させる結合器の大写し図である。 図２Ｈは、図１Ｆに示されたタイプの、線形移動ランナによって一緒に結合された複数のプルーフマスを有するジャイロスコープを示す図である。 図２Ｉは、プルーフマスがｙ方向の逆位相運動を呈する、図２Ｈのジャイロスコープの変形状態を示す図である。 図２Ｊは、変形状態を表す、図２Ｉのジャイロスコープの平衡ランナのうちの２つのポンチ絵表現である。 図２Ｋは、ジャイロスコープの平衡ランナが、ランナの長さにほぼ直角なリンク機構によって一緒に結合される、図２Ｊの構成の代替案を示す図である。 図２Ｌは、複数の線形配置のランナがそれらの内縁および外縁において拘束される、図２Ｈに表されたランナ構成の代替のランナ構成を示す図である。 図２Ｍは、複数の線形配置のランナが互いに直接結合される、図２Ｌの構成の代替案を示す図である。 図２Ｎは、図２Ｍに示された構造のような構造の変形状態を示す図である。 図３Ａは、線形移動ランナによって一緒に結合された４つのプルーフマスを有する、ＭＥＭＳデバイスのブロック図表現である。 図３Ｂは、図３ＡのＭＥＭＳデバイスの４つの反対称動作状態を示す図である。 図３Ｃは、図３ＡのＭＥＭＳデバイスの４つの反対称動作状態を示す図である。 図３Ｄは、図３ＡのＭＥＭＳデバイスの４つの反対称動作状態を示す図である。 図３Ｅは、図３ＡのＭＥＭＳデバイスの４つの反対称動作状態を示す図である。 図４Ａは、４つの結合されたプルーフマスのプルーフマス配置と、プルーフマスを結合させる線形移動ランナと、を有する、ＭＥＭＳジャイロスコープの第１の変形状態を示す図である。 図４Ｂは、図４ＡのＭＥＭＳジャイロスコープの第２の変形状態を示す図である。 図４Ｃは、本出願の非限定的な実施形態による、同期化マスジャイロスコープを示す図である。 図５は、本出願の非限定的な実施形態による、本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳデバイスを採用し得る自動車を示す図である。

本開示の態様は、結合されたプルーフマスの運動を、同期の線形逆位相運動に拘束する線形移動機械式結合器によって一緒に結合された複数のプルーフマスを有する、マイクロマシン型または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを提供する。結合器は、プルーフマスが枢動または回転ではなくむしろ、線形逆位相運動を呈するのにつれて、線形に移動する。したがって、結合器は、本明細書では、少なくともいくつかの実施形態において「ランナ」と呼ばれ、結合および運動伝達機構として働く。

いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイスは、互いに反対方向に移動するように構成された、複数のこのようなランナを含み、これにより、ランナの線形運動からの正味運動量（ｎｅｔ ｍｏｍｅｎｔｕｍ）がない状態の平衡動作をもたらす。これは、プルーフマスの望まれない運動を防ぎ、線形加速度および角加速度の拒絶を確実にし得る。相対する方向に移動するランナは、互いにほぼ同じマスおよび／または変位を有し得る。

いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイスの２つ以上のプルーフマスは、プルーフマス配置で配置され、ランナがプルーフマス配置の両側に位置付けられる。プルーフマス配置の両側のランナは、互いに反対方向に線形に移動し、これにより、平衡動作をもたらし得る。いくつかの実施形態において、プルーフマス配置の互いに同じ側にも、プルーフマス配置の互いに相対する側にも、複数の相対する方向に移動するランナが提供される。したがって、いくつかの実施形態において、４つ以上のランナがＭＥＭＳデバイスに提供され得る。

様々なタイプのＭＥＭＳデバイスが、本明細書において説明されるタイプのランナを含み得る。例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープ、加速度計、および共振器は、本明細書において説明されるタイプの平衡ランナによって結合された、２つ以上のプルーフマスを含み得る。他のマイクロマシン型デバイスも考えられる。

本開示の態様によれば、本明細書において説明されるタイプのランナは、ＭＥＭＳジャイロスコープに含まれ、ＭＥＭＳジャイロスコープの２つの線形移動プルーフマスを結合する。結合器は、プルーフマスが駆動軸に沿って駆動されると、かつ／または、センス軸に沿ったプルーフマスの運動を感知すると、線形に移動するように構成され得る。例えば、結合器は、ジャイロスコープが回転を経るのを受けて、線形に移動するように配置され得る。ランナは、ジャイロスコープが、加速度（例えば、線形加速度または角加速度）の衝撃または他の形態を受けると、移動することに抵抗することがあり、それにより、このような結合器を実装しているジャイロスコープは、低下した加速度感度を呈することがあり、加速度無感応ジャイロスコープと呼ばれることもある。いくつかの実施形態において、ランナは、ジャイロスコープまたは他のＭＥＭＳセンサの駆動モードおよびセンスモードの両方において同期運動をもたらすように配置される。

いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるタイプのランナによって結合された４つのプルーフマスを含む、同期化マスジャイロスコープが提供される。ランナは、４つの結合されたプルーフマスの線形逆位相運動を強要するように構成され得る。これは、同期化マスジャイロスコープの運動量平衡動作を容易にし得る。これに加え、ランナは、それら自体の運動がジャイロスコープに正味運動量を与えないように、それら自体、運動量平衡化し得る。

図１Ａは、プルーフマスの対称運動（「同位相」運動とも呼ばれる）に抵抗し（または阻止し）、かつプルーフマスの反対称運動（「逆位相」運動とも呼ばれる）を可能にする、線形移動結合器（「ランナ」）によって結合された２つのプルーフマスを有する、本出願の態様によるＭＥＭＳデバイスを、簡略形式で示す。ＭＥＭＳデバイス１００は、第１のプルーフマス１０２ａ、第２のプルーフマス１０２ｂ、基板１０４、テザー１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅおよび１０６ｆ、ランナ１０８ａおよび１０８ｂ、ならびに結合器１１４を含む。

プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、簡略ブロック図形式で示されているが、任意の適切なサイズおよび形状を有してもよく、任意の適切な材料で形成されてもよい。いくつかの実施形態において、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、ほぼ四角であるなど、ほぼ長方形である。プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、シリコン、または別の適切な材料で形成され得る。プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、少なくともいくつかの実施形態において、ほぼ同一であり得る。

基板１０４は、マイクロマシニング技法と互換性のあるシリコン基板（例えば、シリコンウェハから切り取られたシリコンダイ）または他の基板であり得る。いくつかの実施形態において、基板１０４は、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂと同じ材料で形成される。プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、リソグラフィ工程やエッチング工程を通してなど、適切なマイクロマシニング技法によって基板１０４から形成され得る。いくつかの実施形態において、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂの形成は、プルーフマスが基板１０４から解放され、これにより、隙間（または空洞）によって基板から分離される、解放ステップを伴い得る。

示されるように、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、任意の適切な形態を取り得る、テザー１０６ａ〜１０６ｆによって基板１０４に結合される。適切なテザー構造の非限定的な例は、折り畳み式テザーであり、それの例は、図２Ｂに関連して以下に説明される。テザーは、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂが基板１０４に対して移動するのを可能にする。プルーフマスは、それらが、大抵、少なくとも２つの軸に沿って移動することができるのを意味する、２つの自由度を有し得る。これは、プルーフマスが、適切な電気信号の印加によって積極的に駆動される駆動モードと、コリオリ力（ジャイロスコープの場合）など、ある状態を経るのを受けて移動するセンスモードとの両方で、動作することを可能にする。プルーフマスは、加速を受けて（加速度計の場合）、２つの自由度の個々の応答で対称的に応えるようにも構成され得る。ＭＥＭＳデバイス１００がジャイロスコープである状況を考慮する、非限定的な例として、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、それらが、それぞれ、ｘ軸およびｙ軸の両方に沿って移動し得るような基板１０４に構成かつ結合され得る。例えば、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、ｘ軸に沿って駆動され得、点１１２を中心とするＭＥＭＳデバイスの回転Ｒを受けて、ｙ軸に沿って移動し得る。テザー１０６ａ〜１０６ｆは、このような運動を可能にするのに適切な構造を有し得る。さらに、このような運動を可能にするのに、代替のまたは追加のテザーが含まれ得る。したがって、テザー１０６ａ〜１０６ｆの図解が、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂを基板１０４に結合させるための一般化方式に相当し、また、本出願の態様により、様々な繋ぎ止め配置が実施され得る、ということが理解されよう。以下に説明される図２Ａは、適切な繋ぎ止め配置の一例を提供する。

結合器１１４は、プルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとを一緒に結合させるための機構の一般化方式に相当する。結合器１１４は、ボックススプリング接続、真っ直ぐな梁接続、または他の適切な結合器であり得る。追加の結合器の使用を含む、代替のプルーフマス対プルーフマス結合方式が実施され得る。いくつかの例は、図２Ａに関連して以下に説明される。プルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとの同期運動をもたらす目的で、結合器１１４が使用され得る。このような運動の例が図１Ｂ〜１Ｅに関連して以下に説明される。

プルーフマス１０２ａと１０２ｂとは、プルーフマス１０２ａと１０２ｂとが、ｙ方向に反対称（または「逆位相」）運動を呈するときに線形に移動、または並進するランナ１０８ａおよび１０８ｂによって、追加的に結合される。ランナは、矢印１１０ａおよび１１０ｂによって示された方向に、この場合、正のｘ方向および負のｘ方向に、線形に移動するように構成される。より具体的には、ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、プルーフマス１０２ａと１０２ｂとが、ｙ方向に沿って反平行に移動するが、プルーフマスがｙ方向に沿って平行に移動する運動に抵抗するかまたはそれを阻止するように、それら自体が線形に移動して、プルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとを線形逆位相運動に拘束する。したがって、少なくともいくつかの実施形態において、ランナの線形運動は、プルーフマスの対応する運動に直角の方向においてである。ＭＥＭＳデバイス１００がジャイロスコープである非限定的な例では、ｙ方向は、駆動方向またはセンス方向に相当し得、したがって、ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、プルーフマスを駆動モードまたはセンスモードにおける線形逆位相運動に拘束し得る。以下にさらに説明されるように、駆動モードおよびセンスモードの両方における線形逆位相運動を確実にするのに、追加のランナが提供され得、少なくともいくつかの実施形態において、ランナの組み合わせは、ゼロ正味運動量状態での、駆動モードおよびセンスモードの両方における線形逆位相運動を確実にし得る。

ランナ１０８ａと１０８ｂとは、少なくともいくつかの実施形態において、互いに反対方向に移動する。例えば、ランナ１０８ａが、ｘ軸の方向に沿って右に移動すると、ランナ１０８ｂは、ｘ軸の方向に沿って左に移動し得、逆も同様であり得る。ランナのこの線形運動は、ランナ自体の適切な構成、および／または、ランナがプルーフマスに結合される方式によって実現され得る。いくつかの実施形態において、ランナは、それ自体がプルーフマス１０２ａおよび１０２ｂに結合される枢動リンク機構に結合される剛性バーである。枢動リンク機構の枢動運動は、ランナ１０８ａおよび１０８ｂの線形運動をもたらし得る。図２Ａに関連して例が以下に説明される。

ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、任意の適切な材料で形成され得る。少なくともいくつかの実施形態において、ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂと同じ材料で形成され、適切なマイクロマシニング（例えば、リソグラフィやエッチング）によって、基板１０４から形成される。ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、ＭＥＭＳデバイス１００に対称性を与えるために、ほぼ同一なマスを有することを含み、ほぼ同一であり得る。ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、非限定的な例として、ｘ軸に平行な長さ、およびｙ軸に平行な幅を有し得、長さが幅の２〜１００倍長い（または、その範囲内のいずれかの値である）。

図１Ａは、簡略形式で２つのランナ１０８ａおよび１０８ｂを示すが、２つより多いランナが含まれ得る、また、いくつかの実施形態では含まれる、ということが理解されよう。いくつかの実施形態において、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂの所与の側に２つより多いランナが提供される。所与の側の複数のランナは、互いに反対方向に移動するように構成され得、運動量平衡構成をもたらす。いくつかの実施形態において、プルーフマスの配置の複数の側に複数のランナが含まれ、この場合、平衡運動をもたらすように、等しい個数のランナが相対する方向に移動し、したがって、ＭＥＭＳデバイスに何の正味運動量も与えない。図１Ｆに関連して以下に例が説明される。

ＭＥＭＳデバイス１００が、示された特徴に加えて、任意選択で特徴を含み得、また、任意のこのような追加の特徴の性質が、デバイスのタイプ（例えば、ジャイロスコープ、加速度計、共振器）によって決まり得る、ということが理解されよう。例えば、基板１０４に、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂなどの構成要素をしっかりと固定するのに、１つまたは複数のアンカーが含まれ得る。駆動電極およびセンス電極を含む、電気特徴が含まれ得、駆動動作およびセンス動作をもたらすための任意の適切な形態を呈し得る。他の特徴も含まれ得る。

上に説明されたように、本出願の少なくともいくつかの態様において、ＭＥＭＳデバイス（例えば、ジャイロスコープ）は、同期の反対称の動きを呈するように構成された複数のプルーフマスを含み得る。例えば、同期の反対称運動をもたらすように、ジャイロスコープ１００のプルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとが一緒に結合され得る。図１Ｂ〜図１Ｅは、このような反対称運動の状態図を示す。これらの図面では、ｘ軸およびｙ軸は、図１Ａと同じ向きを有し得る。

説明上、ＭＥＭＳデバイス１００がジャイロスコープであり、また、ｘ軸が駆動運動の方向に相当すると仮定されることになる。すなわち、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂは、ｘ軸に沿って駆動される。ｙ軸は、回転への応答の方向に相当することになり、したがって、この例では、センス軸であると見なされ得る。

図１Ｂおよび１Ｃは、駆動モードにおけるプルーフマス１０２ａおよび１０２ｂの運動を示し、この運動が反対称であることを表す。図１Ｂに示されるように、プルーフマス１０２ａが、左に（負のｘ方向に）移動すると、プルーフマス１０２ｂは、右に（正のｘ方向に）移動する。図１Ｃに示されるように、プルーフマス１０２ａが、右に（正のｘ方向に）移動すると、プルーフマス１０２ｂは、左に（負のｘ方向に）移動する。プルーフマスのうちの１つの運動がもう一方の運動を引き起こし得るという点において、この運動は、同期式であり得る。

図１ＤおよびＩＥは、センスモードにおけるプルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとの反対称運動を示す。図１Ｄに示されるように、プルーフマス１０２ａが上に（正のｙ方向に）移動すると、プルーフマス１０２ｂは、下に（負のｙ方向に）移動する。図１Ｅに示されるように、プルーフマス１０２ａが下に（負のｙ方向に）移動すると、プルーフマス１０２ｂは、上に（正のｙ方向に）移動する。この場合もまた、プルーフマスのうちの１つの運動がもう一方の運動を引き起こし得るという点において、この運動は、同期式であり得る。

図１Ｂ〜１Ｅは、上下および左右の方向における線形運動を示すが、このような運動のいずれの組み合わせも、ＭＥＭＳデバイスによって実施され得る、ということが理解されよう。例えば、マスの運動は、代わりに、数ある可能性の中でも、対角方向（例えば、ｘ軸およびｙ軸に対して４度）に沿ったものであり得る。例えば、駆動軸は、ｘ軸に対して４５°であり得、感知軸は、ｘ軸に対して１３５°であり得る。他の向きも考えられる。また、図１Ｂおよび１Ｃは、駆動動作モードに関するとして説明され、図１Ｄおよび１Ｅは、センスモードに関するとして説明されるが、駆動方向と感知方向とが逆にされ得る、ということが理解されよう。概して、図１Ｂ〜１Ｅは、単に、２つの可動マスを有するＭＥＭＳデバイスによって実施され得る逆位相運動の例を表し、また、駆動モードおよびセンスモードの運動方向および名称が、様々な形態を取り得る、ということが理解されよう。例えば、駆動モードとセンスモードとは、説明されたそれらとは反対にされてもよい。

図１Ｂ〜１Ｅに示された反対称（または「逆位相」）運動は、少なくともいくつかの実施形態において望ましいものであり得る。ランナ１０８ａおよび１０８ｂは、少なくともいくつかの実施形態では、プルーフマスを、軸（例えば、ランナの運動方向に直角な軸）のうちの少なくとも１つに沿った逆位相運動に拘束するように構成される。例えば、ランナは、駆動モード、センスモード、または両方のモードにおけるプルーフマスの線形逆位相運動を強要し得る。これは、いくつかの実施形態において、ランナを対称運動に抵抗性があるようにすることによって実現される。このような対称運動に抵抗性があり、それにより、対称運動を阻止する適切なランナ構成の例が図２Ａに示され、以下にさらに説明される。

上に説明されたように、いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイスは、結合されたプルーフマスのそれぞれの側に複数のランナを含み得る。再び図１Ａを参照すると、相対する方向に移動するランナ１０８ａとランナ１０８ｂとを有することは、プルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとの所望の反対称運動をもたらし得るが、ランナ間の正味運動量をもたらすことによって、プルーフマスの対称運動を望ましくなく許す可能性がある。したがって、本出願の態様は、ランナの線形運動から生じる、正味運動量または他の形態の不平衡のない、平衡ランナ構成を有するジャイロスコープを提供する。図１Ｆは、例を示す。

先に説明されたＭＥＭＳデバイスのタイプのいずれかであり得る、図１ＦのＭＥＭＳデバイス１２０は、図１ＡのＭＥＭＳデバイス１００と同じ構成要素のうちの多くを含むが、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｂの同じ側に複数のランナがあるという点において異なる。すなわち、ランナ１０８ａおよび１０８ｂに加えて、ランナ１２２ａおよび１２２ｂが含まれる。ランナ１０８ａおよび１０８ｂのように、ランナ１２２ａおよび１２２ｂは、線形に移動するように構成され得、ｙ軸に沿った対称運動を防ぎながら、ｙ軸に沿ったプルーフマス１０２ａとプルーフマス１０２ｂとの反対称動作を可能にし得るか、または強要し得る。さらに、ランナ１２２ａは、ランナ１０８ａの方向と反対方向に移動するように構成され得、ランナ１２２ｂは、ランナ１０８ｂの方向と反対方向に移動するように構成され得る。このようにして、ランナ１０８ａ、１０８ｂ、１２２ａ、および１２２ｂの線形運動によって、ＭＥＭＳデバイス１２０に与えられる正味運動量を何もなくし得る。またさらに、ランナ１２２ａおよび１２２ｂは、互いにほぼ等しく、かつランナ１０８ａおよび１０８ｂのマスにほぼ等しい、マスを有し得、したがって、それらが相対する方向に同じ分だけ移動する等しいマスを有することから、ランナの線形運動に関連した正味線形運動量を何も有しない平衡構成をもたらす。

ランナ１２２ａおよび１２２ｂは、ランナ１０８ａおよび１０８ｂと同じ材料で形成され得、ほぼ同じように形成され得、例えば、ランナ１０８ａおよび１０８ｂを形成するのに使用されるのと同じリソグラフィステップおよびエッチングステップ中に形成され得る。

図２Ａは、図１Ａに示されたタイプの、線形移動ランナによって一緒に結合された複数のプルーフマスを有するジャイロスコープを示す。ジャイロスコープが示され、説明されるが、以下に限定されるわけではないが、共振器や加速度計などの他のタイプのＭＥＭＳデバイスが、本明細書において示されるランナおよび構造を利用し得る、ということが理解されるであろう。ジャイロスコープ２００は、線形移動ランナ２０８ａおよび２０８ｂによって結合されたプルーフマス２０２ａおよび２０２ｂを含む。それに加え、ジャイロスコープ２００は、それぞれ、プルーフマス２０２ａ、２０２ｂに対応するシャトル２０４ａ、２０４ｂと、いくつかの枢動リンク機構２０６ａ〜２０６ｈと、を含む。枢動リンク機構２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、および２０６ｄは、プルーフマス２０２ａに対応し、枢動リンク機構２０６ｅ、２０６ｆ、２０６ｇ、および２０６ｈは、プルーフマス２０２ｂに対応する。さらに、ジャイロスコープは、プルーフマス２０２ａおよび２０２ｂをそれぞれのシャトル２０４ａおよび２０４ｂに結合させるテザー２１２を含む。この非限定的な例では、プルーフマスのそれぞれをそのそれぞれのシャトルに結合させる８つのテザー２１２がある。アンカー２１０は、枢動リンク機構２０６ａ〜２０６ｈを、またそれにより、シャトル２０４ａおよび２０４ｂを支持し、この場合、枢動リンク機構とシャトルとは、ヒンジ２１４によって接続される。この例では、プルーフマスのそれぞれに関連した８つのアンカー２１０がある。電極領域２１６は、ｘ軸に沿ってプルーフマス２０２ａおよび２０２ｂを駆動するための電極を含み得るかまたは収容し得、電極領域２１８は、そのページの平面におけるジャイロスコープの回転を受けて、ｙ軸に沿ったプルーフマス２０２ａおよび２０２ｂの運動を感知するための電極を含み得るかまたは収容し得る。

シャトル２０４ａおよび２０４ｂは、可動であり、またオプションである。示されるように、この非限定的な例では、シャトル２０４ａおよび２０４ｂのそれぞれは、セグメント化される。別の言い方をすれば、示されたシャトルは、複数パートのシャトルと見なされてもよく、または同じように、シャトル２０４ａおよび２０４ｂは、それぞれ、４分割のシャトルと見なされてもよい。説明上、シャトル２０４ａは、本明細書では、４つのセグメント（またはパート）２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、および２０５ｄを含むとして説明される。シャトル２０４ｂは、本明細書では、４つのセグメント（またはパート）２０５ｅ、２０５ｆ、２０５ｇ、および２０５ｈを含むとして説明される。このタイプの複数パートのシャトルは、シャトルのある部分（またはパート）が、駆動モードで移動し、異なる部分がセンスモードで移動することを可能にする。

説明されたように、シャトルは、オプションである。シャトルは、所望の運動に直交する運動に抵抗することによって、駆動力のミスアライメント、および／または感知力のミスアライメントを抑制するために含まれ得る。しかしながら、このようなシャトルをすべての実施形態が含むわけではない。いくつかの実施形態は、プルーフマス、枢動リンク機構、およびランナを含むが、シャトルは含まない。このような実施形態では、プルーフマスは、枢動リンク機構に直接結合され得る。

枢動リンク機構２０６ａ〜２０６ｈは、直角位相（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）を低減するかまたは完全に排除するために含まれる。直角位相は、コリオリ応答の場合の位相から理想的に９０°である、駆動運動に直交する方向における、プルーフマスの運動である。ジャイロスコープが、回転から生じる電気信号に対して、直角位相から生じる電気信号を区別することができない可能性があり、したがって、回転を検出することにおけるジャイロスコープの正確さが、直角位相の発生によって負の影響を受ける可能性があるので、通常、直角位相は、望ましくないものである。

示された枢動リンク機構のそれぞれは、接合具２１７によって接続された２つのセグメントを含み、それの例が、図２Ｅ−１、２Ｅ−２、および２Ｅ−３に関連して以下に説明される。枢動リンク機構の２つのセグメントは、ほぼ等しい長さであり得る。枢動リンク機構にも関わらず、図２Ａに示された状態に対応するこの動作状態では、組み合わせ状態の枢動リンク機構の２つのセグメントは、平衡位置でほぼ剛性のバーを形成する。シャトルが、所与の枢動リンク機構を離れて線形に移動すると、枢動リンク機構は、接合具が撓む可能性があることから、撓む（または曲がる）可能性がある。しかしながら、接合具２１７は、ねじれおよび／または剪断に抵抗し得、それにより、枢動リンク機構の傾きを阻止し、シャトル（およびそれに接続されたマス）の回転を防ぐ。枢動リンク機構は、所望の線形運動を可能にしながら、シャトル（およびそれに接続されたマス）の望まれない回転または傾きを阻止することによって、ジャイロスコープの直角位相運動を低減するかまたは完全に防ぐ。

枢動リンケージは、枢動点においてアンカー２１０に接続され、ヒンジ２１４によって、シャトルにヒンジ式に接続される。このようにして、枢動リンク機構は、シャトル２０４ａおよび２０４ｂが駆動されるのを受けて、またシャトル２０４ａおよび２０４ｂがコリオリ力を受ける結果として移動するのを受けて、アンカー２１０を中心に枢動し得る。

図２Ａの非限定的な例は、対称を呈するＭＥＭＳデバイスを示す。この点において、すべての実施形態が限定されるわけではない。

図２Ｂは、図２Ａのジャイロスコープ２００のテザー２１２の大写し図を示す。この非限定的な例では、テザー２１２は、１つの点においてシャトル２０４ａ（または２０４ｂ）に接続し、２つの点においてプルーフマス２０２ａ（または２０２ｂ）に接続する、二つ折りのテザーである。シャトルに対するプルーフマスの運動を可能にするのに、様々な適切なテザー構成が使用され得るので、テザーの形状は、限定的ではない。

図２Ｃは、図２Ａのジャイロスコープに含まれるタイプのアンカー２１０および枢動点の大写し図である。この非限定的な例では、アンカー２１０は、枢軸２２３において、枢動リンク機構２０６ａを支持する。シャトル２０４ａは、アンカー２１０の形状にほぼ適合する形状を有するが、アンカー２１０に直接にも強固にも接続されず、したがって、アンカー２１０に対して自由に移動する。アンカー２１０とシャトル２０４ａとの示された入れ子配置を考えると、シャトルが、矢印２２２によって示された方向よりも大幅に、矢印２２０によって示された方向に移動することができる、ということが理解されよう。いくつかの実施形態において、シャトルは、矢印２２２の方向に、全く移動することができないことがあり得る。ジャイロスコープ２００の他のアンカーは、それらが接続する枢動リンク機構に対してほぼ同じ構成および配置を有し得る。

図２Ｄは、図２Ａのジャイロスコープ２００に含まれるタイプのヒンジの大写し図である。ヒンジ２１４は、枢動点２２５に対する枢動リンク機構セグメントの枢動を可能にし、並進を防ぐ、枢動リンク機構２０６ａ（または、ジャイロスコープの他の枢動リンク機構）におけるＬ字形状の撓み性梁２２４を含む。しかしながら、他の構成も考えられる。この非限定的な例では、枢動リンク機構２０６ａは、１つの角２２５においてシャトル２０４ａに接続する。実施形態によれば、ジャイロスコープ２００のヒンジのすべては、ほぼ同じ構成を有する。

図２Ｅ−１は、枢動リンク機構２０６ａ〜２０６ｈのいずれかまたはすべてによって採用され得るような、枢動リンク機構のセグメントを接続するタイプの接合具２１７を含む、枢動リンク機構の中間部分のポンチ絵表現である。図２Ｅ−１では、特に枢動リンク機構２０６ａ、ならびにセグメント２０７ａおよび２０７ｂに関して、接合具２１７が示されるが、ジャイロスコープ２００の他の枢動リンク機構に、同じ構成が適用され得る。枢動リンク機構２０６ａは、セグメント２０７ａおよび２０７ｂを含む。接合具２１７は、２つのセグメント２０７ａと２０７ｂとを一緒に結合させる比較的幅狭の短い梁であり得る。接合具２１７は、２つのセグメント２０７ａと２０８ｂとが、アンカー２１０におけるそれらのそれぞれの枢動点を中心に相対する方向に枢動するとき、撓うことがあるが、剪断またはねじれには抵抗し得る。したがって、接合具２１７は、２つのセグメント２０７ａと２０７ｂとの同じ方向への枢動を防ぎ得る。図２Ｅ−２、図２Ｅ−３は、図２Ｅ−１の構造の許容される運動、拒絶される運動を示す。

図２Ｅ−２では、セグメント２０７ａと２０７ｂとは、円形矢印によって示されるように、それらのそれぞれのアンカー２１０によって支持された枢動点を中心に互いに反対方向に枢動する。接合具２１７は、この枢動を可能にするように撓む。シャトルセグメント２０５ａが、図面の下向きに並進すると、示された変形状態が起こる。図２Ｅ−３は、それらのそれぞれの枢動点を中心に同じ方向に枢動するセグメント２０７ａおよび２０７ｂに関連した変形を示す。示されるように、これは、傾き運動を呈するシャトルセグメント２０５ａに対応すると考えられ、接合具２１７が剪断することを伴うと考えられる。しかしながら、接合具は、この運動に抵抗し、それにより、図２Ｅ−３に示された傾動は、接合具２１７を含む枢動リンク機構構成によって防がれる。したがって、マス、またはシャトルが、相対する方向で枢動するセグメントに取り付けられる場合（例えば、ヒンジまたは他の撓み性タイプを通して）、枢動リンク機構システムは、マス（またはシャトル）の線形運動を確実にし、同じ方向に枢動する２つのセグメントによって引き起こされる望まれない回転を低減する。結果として、正しく設計された接合具２１７を備える枢動リンク機構は、望まれない直角位相運動を防ぎ得る。

図２Ｆ−１は、図２Ａのジャイロスコープにおける近隣プルーフマスを結合させるためのボックススプリング接合具２１９の大写し図である。より具体的には、図１Ａの結合器１１４の非限定的な例である、ボックススプリング接合具２１９は、近隣プルーフマスの枢動リンク機構、この場合は枢動リンク機構２０６ｄと枢動リンク機構２０６ｆとを結合させる。ボックススプリング接合具２１９は、任意の適切なサイズおよび形状を有し得る。ボックススプリング接合具２１９は、接続された枢動リンク機構２０６ｄと２０６ｆとが相対する方向に回転するのを可能にするように位置付けられ得る。ボックススプリングは、剪断運動に抵抗し得、したがって、枢動リンク機構２０６ｄと２０６ｆとが同じ方向に回転するのを防ぐ。このようにして、ボックススプリングに接続された枢動リンク機構は、図２Ｆ−１の配置に関してｘ軸方向における同位相運動を拒絶しながら、プルーフマス２０２ａとプルーフマス２０２ｂとの逆位相運動を可能にし得えるかまたは強要し得る。許容される運動の例、防がれる運動の例は、それぞれ、図２Ｆ−２、図２Ｆ−３に示される。

図２Ｆ−２では、枢動リンク機構２０６ｄと２０６ｆとは、それらのそれぞれのアンカー２１０によって支持された枢動点を中心に互いに反対方向に枢動する。ボックススプリング接合具２１９は、この図面の垂直方向に収縮することによって、このような運動を可能にする。これに対し、図２Ｆ−３は、枢動リンク機構２０６ｄと２０６ｆとが、それらのそれぞれのアンカーによって支持された枢動点を中心に互いに同じ方向に枢動する、状態を示す。この運動を可能にするためには、ボックススプリング接合具２１９は、枢動リンク機構２０６ｄおよび２０６ｆが枢動する方向とは反対の方向に、それ自体、反時計回りに回転すると考えられる。ボックススプリング２１９は、このような運動に抵抗し、したがって、図２Ｆ−２の所望の運動を強要する。

ボックススプリング接合具２１９は、ジャイロスコープ２００の近隣枢動リンク機構を結合させるのに適した接合具の非限定的な例である。代替案として、真っ直ぐな梁の接合具が使用され得る。

図２Ｇは、ランナを図２Ａのジャイロスコープ２００のシャトルに結合させる結合器２２１の大写し図である。示されるように、結合器２２１は、半ボックススプリング接合具であり得る。しかしながら、ランナ２０８ａに、枢動リンク機構２０６ｅの枢動を受けて線形に移動するようにさせる、任意の適切な接合具が実装され得る。すなわち、図２Ｇの配置に関して、結合器２２１は、ランナ２０８ａに、枢動リンク機構の右側が下に（矢印２２８ａ）移動すると、右に（矢印２２６ａ）移動するようにさせ、ランナに、枢動リンク機構の右側が上に（矢印２２８ｂ）移動すると、左に（矢印２２６ｂ）移動するようにさせる。

再び図２Ａを参照すると、動作中、ジャイロスコープ２００は、同期の逆位相運動を呈し得る。シャトルセグメント２０５ｂおよび２０５ｄが、正のｘ方向で右に移動すると、枢動リンク機構２０６ｂの上部セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｄの上部セグメントが時計回りに枢動する一方、枢動リンク機構２０６ｂの下部セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｄの下部セグメントが反時計回りに枢動する。シャトルセグメント２０５ｆおよび２０５ｈは、負のｘ方向で左に移動するようになる。具体的には、枢動リンク機構２０６ｆの上部セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｈの上部セグメントは、反時計回りに枢動するようになる一方、枢動リンク機構２０６ｆの下部セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｈの下部セグメントは、時計回りに枢動するようになる。

センスモードでは、ジャイロスコープ２００の回転を受けて、シャトルセグメント２０５ａおよび２０５ｃが、負のｙ方向で下方に移動すると、枢動リンク機構２０６ａの左セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｃの左セグメントは、反時計回りに枢動するようになる一方、枢動リンク機構２０６ａの右セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｃの右セグメントは、時計回りに枢動するようになる。シャトルセグメント２０５ｅおよび２０５ｇは、ランナ２０８ａおよび２０８ｂにより、正のｙ方向で上方に移動するようになる。枢動リンク機構２０６ｅの左セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｇの左セグメントは、時計回りに枢動するようになり、枢動リンク機構２０６ｅの右セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｇの右セグメントは、反時計回りに枢動するようになる。ランナ２０８ａおよび２０８ｂは、プルーフマスおよびシャトルをこのような運動に拘束する。すなわち、ランナ２０８ａは、それ自体が右または左に線形に移動することによって、枢動リンク機構２０６ａの右セグメントと、枢動リンク機構２０６ｅの左セグメントとに、同じ方向（時計回りまたは反時計回り）に移動するよう強いる。同様に、ランナ２０８ｂは、それ自体が、ランナ２０８ａの反対方向で右または左に線形に移動することによって、枢動リンク機構２０６ｃの右セグメントと、枢動リンク機構２０６ｇの左セグメントとに、同じ方向に移動するよう強いる。しかしながら、ランナ２０８ａおよび２０８ｂが剛性バー、または他の剛性結合器であり得ることから、それらは、枢動リンク機構の結合されたセグメントが相対する方向に回転することを防ぐ。したがって、ランナ２０８ａおよび２０８ｂは、センスモードにおけるシャトル２０４ａとシャトル２０４ｂとの同位相運動を阻止するかまたは完全に防ぐ。それにより、シャトル２０４ａとシャトル２０４ｂとの同位相運動を誘発する傾向にあるタイプの加速は、検出されないようになる。したがって、ランナ２０８ａおよび２０８ｂは、加速に無感応なジャイロスコープをもたらす。

図１Ｆに関連して上に説明されたように、いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳジャイロスコープなどのＭＥＭＳデバイスは、結合されたプルーフマスの同じ側に複数のランナが含まれる、平衡ランナ構成を含み得る。図２Ｈは、このようなジャイロスコープの実装形態の非限定的な例を示す。ジャイロスコープ２５０は、図２Ａに関連して、すでに示され、説明されたのと同じ構成要素のうちの多くを含み、したがって、それらの構成要素は、ここでは、再度詳細には説明されない。しかしながら、ジャイロスコープ２５０は、それが、結合されたプルーフマスの各側で、線形に移動する２つのランナを備える、平衡ランナ構成を含むという点において、ジャイロスコープ２００とは異なる。具体的には、ジャイロスコープ２５０は、ランナ２５２ａ、２５２ｂ、２５４ａ、および２５４ｂを含む。

ランナ２５２ａは、結合器２５６ａによって枢動リンク機構２０６ａの左端セグメントに、また、結合器２５６ｂによって枢動リンク２０６ｅの右端セグメントに、結合される。同様に、ランナ２５２ｂは、結合器２５６ｃによって枢動リンク機構２０６ｃの左端セグメントに、また、結合器２５６ｄによって枢動リンク機構２０６ｇの右端セグメントに、結合される。結合器２５６ａ〜２５６ｄは、互いに同じであり得、また、図２Ｇに示された結合器のタイプか、または互いに反対方向のランナ２５２ａとランナ２５２ｂとの線形運動を可能にする他の任意の適切な結合器であり得る。

ランナ２５４ａは、結合器２５８ａによって枢動リンク機構２０６ａの右端セグメントに、結合器２５８ｂによって枢動リンク機構２０６ｅの左端セグメントに、結合される。ランナ２５４ｂは、結合器２５８ｃによって枢動リンク機構２０６ｃの右端セグメントに、結合器２５８ｄによって枢動リンク機構２０６ｇの左端セグメントに、結合される。結合器２５８ａ〜２５８ｄは、互いに同じであり得、また、図２Ｇに示された結合器のタイプか、または互いに反対方向のランナ２５４ａとランナ２５４ｂとの線形運動を可能にする他の任意の適切な結合器であり得る。

ランナ２５２ａと２５４ａとが、枢動リンク機構２０６ａおよび２０６ｅの互いに異なるセグメントに結合されることから、また、それらの異なるセグメントが、互いに反対方向に回転するようになることから、ランナ２５２ａおよび２５４ａは、図２Ｉに関連して以下にさらに説明されることになる動作中、互いに反対の線形方向に移動するようになる。同様に、ランナ２５２ｂと２５４ｂとが、枢動リンク機構２０６ｃおよび２０６ｇの互いに異なるセグメントに結合されることから、また、それらの異なるセグメントが、互いに反対方向に回転するようになることから、ランナ２５２ｂおよび２５４ｂは、動作中、互いに反対の線形方向に移動するようになる。全体として、さらにまた、ランナ２５２ａと２５２ｂとは、互いに反対方向に移動するようになり、ランナ２５４ａと２５４ｂとは、互いに反対方向に移動するようになる。したがって、運動量平衡と呼ばれる、それらのマスおよび速度が等しい限り、ランナ２５２ａと２５２ｂとの、またランナ２５４ａと２５４ｂとの組み合わせからの正味運動量がほぼなくなるようになる。これは、さらにまた、プルーフマスの非所望の同位相（対称）運動を与えない平衡ランナ構成をもたらす。

ランナ２５２ａとランナ２５２ｂとは、ランナ２５４ａとランナ２５４ｂとのように、互いにほぼ同一である。ランナの全４つは、ほぼ同じマスを有し得、したがって、平衡構成をもたらす。示された例では、ランナ２５２ａおよび２５２ｂは、ランナ２５４ａおよび２５４ｂよりも長い（ｘ方向において）。ランナ２５４ａおよび２５４ｂは、ランナ２５２ａおよび２５２ｂよりもｙ方向において幅が広く、ほぼ等しいマスをもたらし得るか、または、他の任意の適切な構成を有し得る。この例では、ランナの全４つが、ｙ方向よりもｘ方向に長いことが分かる。ｘ方向における長さは、ｙ方向における幅の２〜１００倍長いか、または、その範囲内の任意の値であり得る。代替の寸法も考えられる。

示された非限定的な例では、ランナ２５２ａおよび２５４ａが、入れ子式構成を呈することも、図２Ｈから分かる。ランナ２５４ａが、プルーフマスに近位である一方、ランナ２５２ａは、プルーフマスに遠位である。それぞれ、ランナ２５４ｂ、２５２ｂにも同じことが言える。他の構成も考えられる。

図２Ｉは、図２Ｈのジャイロスコープ２５０の１つの動作状態を示し、ランナ２５２ａ、２５２ｂ、２５４ａ、および２５４ｂの平衡動作を表す。センス動作モードの状態に相当し得る、示された動作状態では、プルーフマス２０２ａ、およびシャトルセグメント２０５ａおよび２０５ｃは、正のｙ方向で上方に移動する。プルーフマス２０２ｂ、およびシャトル２０５ｅおよび２０５ｇは、負のｙ方向で下方に移動する。枢動リンク機構２０６ａの左端セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｅの右端セグメントは、ランナ２５２ａが正のｘ方向で右に移動するように、それらのそれぞれの枢動点を中心に時計回りに枢動する。枢動リンク機構２０６ｃの左端セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｇの右端セグメントは、ランナ２５２ｂが負のｘ方向で左に、したがって、ランナ２５２ａの反対方向に移動するように、それらのそれぞれの枢動点を中心に時計回りに枢動する。

枢動リンク機構２０６ａの右端セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｅの左端セグメントは、ランナ２５４ａが負のｘ方向で左に線形に移動するように、それらのそれぞれの枢動点を中心に反時計回りに回転する。枢動リンク機構２０６ｃの右端セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｇの左端セグメントは、ランナ２５４ｂが正のｘ方向で右に、したがって、ランナ２５４ａと反対に、線形に移動するように、反時計回りに回転する。したがって、プルーフマスの対称（同位相）運動が、ランナのために拒絶される。

したがって、４つのランナが線形に移動するが、ゼロの正味運動量を有する、平衡ランナ構成がもたらされるということが、図２Ｉにおける動作状態から分かる。これは、さらにまた、ジャイロスコープ２５０に非所望の運動を与える可能性を低くする。

図２Ｊは、ジャイロスコープ２５０の一部の大写しポンチ絵表現を示し、ランナの運動の別の図解を提供する。具体的には、２Ｉは、シャトルセグメント２０５ａが負のｙ方向で下方に移動し、シャトルセグメント２０５ｅが、正のｙ方向で上方に移動する動作状態を示す。ランナ２５２ａが負のｘ方向で左に線形に移動するように、枢動リンク機構２０６ａの左端セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｅの右端セグメントが、反時計回りに枢動することが分かる。ランナ２５４ａが正のｘ方向で右に線形に移動するように、枢動リンク機構２０６ａの右端セグメントおよび枢動リンク機構２０６ｅの左端セグメントが、時計回りに枢動する。

いくつかの実施形態において、ジャイロスコープの結合されたプルーフマスの同じ側の複数のランナが一緒に結合され得る。図２Ｋは、図２Ｊの構成に基づく変形形態を表す、非限定的な例を示す。図２Ｋでは、ランナ２５２ａと２５４ａとが結合器またはリンク機構２６０によって結合される。結合器２６０は、ランナ２５２ａおよび２５４ａの両方にほぼ直角に向けられ得、所望の程度の可撓性／剛性をもたらすように選択された長さを有し得る。この点においてすべての実施形態が限定されるわけではないが、結合器２６０は、いくつかの実施形態において、ｘ方向におけるランナの長さに比べ相対的に短いことがあり得る。

図２Ｈ〜２Ｋは、結合されたプルーフマスの側部に、複数のランナが隣同士に配置される例を示すが、平衡ランナをもたらすのに、他の構成も考えられる。いくつかの実施形態によれば、結合されたプルーフマスの側部に、複数のランナが線形に配置される。複数のランナは、複数の側部に拘束され得る。図２Ｌにおいて、例が示される。

図２Ｌは、ランナ２５２ａおよび２５４ａの代替案として、複数の線形配置のランナを有するジャイロスコープの部分図を示す。部分図は、先に説明された、シャトルセグメント２０５ａおよび２０５ｅの一部を表すが、図解を簡単にするために、シャトルおよびプルーフマスの残りは省略する。構成要素のうちのいくつかは、他の実施形態に関連して先に説明されているので、ここでは詳細には説明されない。示されるように、デバイスは、共通軸（または線）Ｐ−Ｐに沿って配置された、複数の線形配置のランナ２７０ａ、２７０ｂ、および２７０ｃを含み得る。これに加え、枢動リンク機構２７２ａおよび２７２ｂが含まれ、枢動リンク機構２０６ａおよび２０６ｅと反対側のランナ２７０ａ〜２７０ｃに結合される。枢動リンク機構２７２ａおよび２７２ｂは、枢動リンク機構２０６ａおよび２０６ｅと同じタイプの枢動リンク機構であり得、枢動リンク機構２０６ａおよび２０６ｅをアンカー２１０に結合させるのと同様にアンカー２７４に結合され得る。アンカー２１０に関連して先に説明されたような枢軸を含む、アンカー２７４と２１０とは、いくつかの実施形態において同じ仕組みを有する。

ランナ２７０ａは、一方の側において、結合器２７６ａによって枢動リンク機構２７２ａに、もう一方の側において、結合器２７６ｂによって枢動リンク機構２０６ａに、結合され得る。ランナ２７０ｂは、一方の側において、結合器２７６ｃによって枢動リンク機構２７２ａに、もう一方の側において、結合器２７６ｄによって枢動リンク機構２０６ａに、結合され得る。ランナ２７０ｂも、一方の側において、結合器２７６ｅによって枢動リンク機構２７２ｂに、もう一方の側において、結合器２７６ｆによって枢動リンク機構２０６ｅに、結合され得る。ランナ２７０ｃは、一方の側において、結合器２７６ｇによって枢動リンク機構２７２ｂに、もう一方の側において、結合器２７６ｈによって枢動リンク機構２０６ｅに、結合され得る。結合器２７６ａ〜２７６ｈは、図２Ｇに関連して先に示され、説明されたタイプであり得るか、または、枢動リンク機構２０６ａ、２０６ｅ、２７２ａ、および２７２ｂの枢動を受けて、ランナ２７０ａ〜２７０ｃの線形運動をもたらす、他の任意の適切なタイプの結合器であり得る。

動作中、ランナ２７０ａおよび２７０ｃは、ランナ２７０ｂの方向と反対の方向に移動する。ランナ２７０ａおよび２７０ｃは、ランナ２７０ｂのマスにほぼ等しい組み合わされたマスを有し得、これにより、ランナの正味線形運動量がゼロであり、したがって、ランナがシャトルおよび／またはプルーフマスに非所望の運動を与えない、平衡構成をもたらす。したがって、いくつかの実施形態において、ランナ２７０ａおよび２７０ｃは、ランナ２７０ｂよりも短い。いくつかのこのような実施形態において、ランナ２７０ａおよび２７０ｃは、ランナ２７０ｂの長さの約半分に等しい長さを有する。

図２Ｌが、ジャイロスコープの部分図を示すが、線形配置のランナが、ジャイロスコープのシャトルおよびプルーフマスの相対する側において鏡像関係にあり得る、ということが理解されよう。すなわち、図２Ｉにおけるランナ２５２ｂおよび２５４ｂは、図２Ｌの構成のような構成と取り替えられ得る。

ランナ２７０ａ〜２７０ｃは、センス動作モードにおけるシャトルセグメント２０５ａとシャトルセグメント２０５ｅとの反対称運動を強い、対称運動を防ぐ。したがって、図２Ｌのランナ構成を実装するジャイロスコープ（または他のＭＥＭＳデバイス）は、このようなランナを欠くジャイロスコープに比べて、低下した加速度感度を呈し得る。

図２Ｍは、ランナが互いに直接接続される、図２Ｌの構成案を示す。ランナ２７０ａとランナ２７０ｂとの間の接続に焦点を合わせて、図２Ｌの構造の一部のみが示される。示されるように、それらの２つのランナは、結合器２７８によって、それらの隣り合う端において一緒に接続され得る。結合器２７８は、ランナ２７０ａおよび２７０ｂのそれぞれの端においてＴ接続を含むとして示されるが、代替の結合構成が考えられる。結合器２７８は、撓み性であり、ランナ２７０ａと２７０ｂとが、互いに対して移動することを可能にする。同様に、ランナ２７０ｂと２７０ｃとが、図２Ｍにはそれらは示されないが、同じように互いに直接結合され得る。

図２Ｎは、図２Ｍに示されたタイプの構造の変形状態を示す。この図面では、図２Ｌからの構成要素が、図２Ｍに示されるよりも多く再現される。例えば、シャトルセグメント２０５ｅ、枢動リンク機構２０６ｅ、ランナ２７０ｃ、および枢動リンク機構２７２ｂが追加して示される。ランナ２７０ｂと２７０ｃとは、図２Ｍに関連して説明された結合器２７８と同じタイプであり得る結合器２８０によって、隣り合う端において直接、一緒に結合される。

図２Ｎでは、シャトルセグメント２０５ａと２０５ｅとが、線形逆位相運動（ここでは、シャトルセグメント２０５ａが図面の上方に線形に移動する一方、シャトルセグメント２０５ｅが、下方に線形に移動する）において移動すると、ランナ２７０ａと２７０ｃとが、互いに同じ方向に、かつランナ２７０ｂ（この図面では左方に移動する）と反対の方向に、線形に移動することが分かる。結合器２７８および２８０は、撓み得、このような運動を可能にする。

図２Ｌ、２Ｍ、および２Ｎの構成は、拘束されたランナを備えるＭＥＭＳデバイス（例えば、ジャイロスコープ）を示すと言える。ランナ２７０ａ〜２７０ｃは、それらの長さに沿った２つの相対する側（プルーフマス／シャトルの近位、および遠位）において拘束される。これは、ランナが、それらの長さに沿った１つだけの側において、枢動リンク機構に結合される、図２Ｈの構成とは対照的である。

上に説明されたように、ＭＥＭＳジャイロスコープなどのＭＥＭＳデバイスにおける２つ以上のプルーフマスの使用は、ある利点を有することができる。４つのプルーフマスの使用は、コモンモード信号の機械的取り消しによって、振動整流（またはｇ×ｇ感度）および線形加速度（またはｇ感度）に対する低下した感度をもたらし得る。４つのプルーフマスの使用は、ゼロ運動量平衡ももたらし得、今度はそれが、パッケージモードに対する感度を低下させることができ、それにより、複数のジャイロスコープコア間のクロストークを排除する。４つのプルーフマスを使用することの幾何学的対称性は、信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を改善するとともに、ジャイロスコープのオンザフライの自己較正を可能にする（その正常な動作を中断することなく）、モード合致の動作において、ジャイロスコープが使用されることも可能にし得る。したがって、スケールファクタおよびオフセット安定性が向上し得、試験所における起振機またはレート表を使用した再較正が回避され得る。このような利益を実現するために、４つのマスが、同期運動を確実にするように機械的に結合され得る。さらに、本明細書において説明されるタイプの線形移動結合器の使用は、振動に感応する望まれない並進運動に抵抗しながら（例えば、同位相運動）、４つのプルーフマスの逆位相運動を強要することを容易にし得る。

したがって、本出願の態様は、本明細書において説明されるタイプの線形移動結合器を使用して、４つのプルーフマスを一緒に結合させ、同期化マスジャイロスコープを形成する。ＭＥＭＳジャイロスコープについての構築上の課題は、ジャイロスコープ動作が共振器モード（駆動モード）およびコリオリ感応モード（センスモード）の両方を使用することから、２つの自由度を保存することにある。本明細書において説明される同期化マスジャイロスコープは、駆動モード、センスモード、または２つのモード間で干渉を引き起こすことなく両方のモードにおいて、４つの結合されたプルーフマスの線形逆位相運動を強要する、線形移動結合器を含み得る。またさらに、結合器は、少なくともいくつかの実施形態において、正味運動量を何ももたらさないように配置される。

図３Ａは、それぞれの近隣対のプルーフマスの対称運動に抵抗し（または阻止し）、かつプルーフマスの線形逆位相運動を可能にするかまたは強要するように構成された、本明細書において先に説明されたタイプのランナによって結合された４つのプルーフマスを有する、本出願の態様によるＭＥＭＳデバイスを、簡略形式で示す。ＭＥＭＳデバイス３００は、２つのプルーフマス１０２ｃおよび１０２ｄ、ならびに４つのプルーフマスの結合をもたらす様々な結合器の追加で、図１ＡのＭＥＭＳデバイス１００の拡張型に相当する。より具体的には、ＭＥＭＳデバイス３００は、第１のプルーフマス１０２ａ、第２のプルーフマス１０２ｂ、第３のプルーフマス１０２ｃ、第４のプルーフマス１０２ｄ、基板１０４、テザー３０６ａ〜３０６ｈ、ランナ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、および１１２ｄ、ならびに結合器１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、および１１４ｄを含む。テザー３０６ａ〜３０６ｈは、テザー１０６ａ〜１０６ｆに関連して先に説明されたのと同じタイプか、または他の任意の適切なタイプであり得る。結合器１１４ａ〜１１４ｄは、図１Ａに関連して先に説明された結合器１１４と同じタイプか、または他の任意の適切なタイプであり得る。ランナ１０８ａ〜１０８ｄおよび１２２ａ〜１２２ｄは、本明細書において説明されるランナのタイプのうちのいずれかであり得る。

ランナ１０８ａ〜１０８ｄおよび１２２ａ〜１２２ｄは、ｘ方向およびｙ方向に平行なプルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの線形逆位相運動を強要し得る。例えば、ランナ１０８ａ、１０８ｂ、１２２ａ、および１２２ｂが、ｙ方向に平行なプルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの線形逆位相運動を強要し得る。ランナ１０８ｃ、１０８ｄ、１２２ｃ、および１２２が、ｘ方向に平行なプルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの線形逆位相運動を強要し得る。しかしながら、ｘ方向とｙ方向とに沿うプルーフマスの運動は、互いに切り離され得る。

図３Ａは、いくつかの実施形態において、４つのプルーフマスを含むプルーフマス配置を有するジャイロスコープが、その配置の相対する側に線形移動平衡ランナを含み得ることを示す。ランナは、示されるように、矢印１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、および１１０ｄによって示された方向に移動し得る。運動量平衡動作は、個々のマスの合成運動量が相殺であるようなマスを正しく選択することによって、実現され得る。例えば、ランナ１０８ａ、１２２ａ、１０８ｂ、および１２２ｂは、ほぼ等しいマスを有し得、また、それらが、等しくかつ相対する運動量で移動し、したがって互いに打ち消し合うように、相対する方向（例えば、１２２ａと反対方向の１０８ａ、１２２ｂと反対方向の１０８ｂ）に並進するように配置され得る。しかしながら、代替の実施形態によるＭＥＭＳジャイロスコープが、運動量平衡化された、本明細書において説明されるタイプのランナによって結合された４つのマスを有することから、この点において、すべての実施形態が限定されるわけではない、ということが理解されよう。例えば、一実施形態において、ＭＥＭＳジャイロスコープは、ランナ１２２ａ〜１２２ｄを省略し得る。

図３Ｂ〜３Ｅは、非限定的な実施形態による、図３Ａのプルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの逆位相運動の様々な状態を、ブロック図形式で示す。考察上、ＭＥＭＳデバイス３００が駆動モードおよびセンスモードの両方を有するジャイロスコープであると仮定する。図３Ｂは、非限定的な実施形態による、駆動動作モードにおけるプルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの線形逆位相運動の第１の状態を、ブロック図形式で示す。示されるように、プルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの運動は、４つのうちのいずれの所与のマスの運動も、２つの直近隣のマスの方向と反対の方向においてであるという点において、逆位相である。示された非限定的な例では、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｄは、負のｘ方向に線形に移動する一方、プルーフマス１０２ｂおよび１０２ｃは、正のｘ方向に線形に移動する。プルーフマスのうちの１つの運動が、他のプルーフマスの運動を引き起こし得るという点において、この運動は、同期式であり得る。

図３Ｃは、駆動モードの逆位相運動の第２の状態を示す。この状態では、プルーフマス１０２ａ〜１０２ｄは、図３Ｂと逆の方向を有する。プルーフマス１０２ａおよび１０２ｄは、ｘ方向に線形に移動する一方、プルーフマス１０２ｂおよび１０２ｃは、負のｘ方向に移動する。

図３Ｄは、非限定的な実施形態による、センス動作モードにおけるプルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの逆位相運動のある状態を示す。この非限定的な例では、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｄは、ｙ方向に線形に移動する一方、プルーフマス１０２ｂおよび１０２ｃは、負のｙ方向に線形に移動する。この場合もまた、プルーフマスのうちの１つの運動が、他のプルーフマスの運動を引き起こし得るという点において、この運動は、同期式であり得る。

図３Ｅは、センスモードの逆位相運動の第２の状態を示す。この状態では、プルーフマス１０２ａおよび１０２ｄは、負のｙ方向に線形に移動する一方、プルーフマス１０２ｂおよび１０２ｃは、ｙ方向に移動する。

図３Ｂ〜３Ｅは、上下方向および左右方向におけるプルーフマスの線形運動を示すが、このような運動のいずれの組み合わせも、ＭＥＭＳデバイスによって実施され得る、ということが理解されよう。例えば、プルーフマスの運動は、数ある可能性の中でも、代わりに、対角方向（例えば、ｘ軸およびｙ軸に対して４５度）に沿ったものであり得る。例えば、駆動軸は、ｘ軸に対して４５°であり得、センス軸は、ｘ軸に対して１３５°であり得る。他の向きも考えられる。また、図３Ｂおよび３Ｃが駆動動作モードに関するとして説明され、図３Ｄおよび３Ｅがセンスモードに関するとして説明されるが、駆動方向とセンス方向とが逆にされ得る、ということが理解されよう。概して、図３Ｂ〜３Ｅが、単に、４つの可動マスを有するＭＥＭＳデバイスによって実施され得る線形逆位相運動の例に相当し、また、駆動モードおよびセンスモードの運動方向および名称が、様々な形態を取り得る、ということが理解されよう。

ランナ１０８ａ〜１０８ｄおよび１２２ａ〜１２２ｄは、線形加速度および角加速度によって引き起こされる可能性のある、スプリアスモードを拒絶しながら、プルーフマス１０２ａ〜１０２ｄの逆位相運動を優先させる。具体的には、ランナ１０８ａと１０８ｂならびに１２２ａ〜１２２ｄは、ｙ方向における逆位相運動を優先させる一方、ランナ１０８ｃと１０８ｄならびに１２２ｃと１２２ｄは、ｘ方向における逆位相運動を優先させる。そのように行う際、ＭＥＭＳデバイス３００は、線形加速度および角加速度にほぼ無感応であるかまたは不感受性であり得、これにより、ジャイロスコープとしてのＭＥＭＳデバイスのより正確な動作をもたらす。ランナは、ＭＥＭＳデバイスのモードをモード順序付けすることによって、線形逆位相運動を強制し得、外力の影響を受けやすいそれらのモードは、所望の動作モードよりも著しく高い頻度である。このようにして、スプリアスモードが拒絶され得る。

図４Ａおよび４Ｂは、非限定的な実施形態による、２つの変形状態における４プルーフマス同期化マスジャイロスコープの例を示す。図４Ａは、ＭＥＭＳジャイロスコープ４００のプルーフマスが、ｘ軸に平行な線形逆位相運動を経た場合の変形状態を示す一方、図４Ｂは、ＭＥＭＳジャイロスコープ４００のプルーフマスがｙ軸に平行な線形逆位相運動を経た場合の変形状態を示す。

同期化マスＭＥＭＳジャイロスコープ４００は、それぞれのシャトル４０４に結合されたプルーフマス４０２ａ〜４０２ｄを含む。４つのプルーフマスのそれぞれに、４つの枢動リンク機構４０６が提供される。４つのランナ４０８および４つのランナ４１０を含む、全部で８つのランナが提供される。ランナ４０８は、ランナ２５２ａおよび２５２ｂに関連して先に説明されたタイプのものであり、ランナ４１０は、ランナ２５４ａおよび２５４ｂに関連して先に説明されたタイプのものである。

図４Ａでは、同期化マスＭＥＭＳジャイロスコープが、ｘ軸に平行なプルーフマス４０２ａ〜４０２ｄの線形逆位相運動に関連して変形される。具体的には、プルーフマス４０２ａおよび４０２ｄは、それらの平衡位置から負のｘ方向に変位され、プルーフマス４０２ｂおよび４０２ｃは、ｘ方向に変位される。この運動は、非限定的な例として、ＭＥＭＳジャイロスコープの駆動動作モードに関連付けられ得る。この状態では、プルーフマス配置の左側および右側のランナ４０８および４１０は、太矢印によって示された方向に変位される。具体的には、プルーフマス４０２ａとプルーフマス４０２ｃとを、またプルーフマス４０２ｂとプルーフマス４０２ｄとを結合させるランナ４０８は、負のｙ軸方向に変位され、それらのプルーフマスを結合させるランナ４１０は、ｙ方向に変位される。プルーフマス４０２ａとプルーフマス４０２ｂとを、またプルーフマス４０２ｃとプルーフマス４０２ｄとを結合させるランナ４０８および４１０は、この動作状態では変位されない。

図４Ｂでは、同期化マスＭＥＭＳジャイロスコープが、ｙ軸に平行なプルーフマス４０２ａ〜４０２ｄの線形逆位相運動に関連して変形される。具体的には、プルーフマス４０２ａおよび４０２ｄは、それらの平衡位置からｙ方向に変位され、プルーフマス４０２ｂおよび２０４ｃは、負のｙ方向に変位される。この運動は、非限定的な例として、ＭＥＭＳジャイロスコープのセンス動作モードに関連付けられ得る。この状態では、プルーフマス４０２ａとプルーフマス４０２ｂとを、またプルーフマス４０２ｃとプルーフマス４０２ｄとを結合させるランナ４０８および４１０は、太矢印によって示された方向に変位される。具体的には、ランナ４０８は、ｘ方向に変位され、ランナ４１０は、負のｘ方向に変位される。プルーフマス４０２ａとプルーフマス４０２ｃとを、またプルーフマス４０２ｂとプルーフマス４０２ｄとを結合させるランナ４０８および４１０は、この動作状態では変位されない。

ランナ４０８および４１０が、ｘ方向およびｙ方向の両方におけるプルーフマス４０２ａ〜４０２ｄの線形逆位相運動を強要し得るが、それらの２つの方向におけるプルーフマスの運動が切り離されている、ということが図４Ａおよび４Ｂから理解されよう。したがって、ジャイロスコープとしてのデバイスの正確な動作を容易にする、２つの自由度がもたらされる。

同期化マスＭＥＭＳジャイロスコープ４００は、図２Ｈおよび２Ｉに関連して先に説明されたタイプのランナを示すが、本明細書において説明されるランナタイプのいずれも使用され得る、ということが理解されよう。例えば、図２Ｌおよび２Ｍの拘束式ランナが、ランナ４０８および４１０の代わりに実装され得る。したがって、特定の仕組みのＭＥＭＳジャイロスコープ４００は、同期化マスジャイロスコープの非限定的な例である。

図４Ｃは、同期化マスジャイロスコープの代替の構成を示す。同期化マスジャイロスコープ４２０は、４つのプルーフマス４０２ａ〜４０２ｄ、テザー２１２、枢動リンク機構４０６、ランナ４０８および４１０、結合器２６０、ならびにシャトル４２２を含む。この非限定的な例では、ランナ４０８は、結合器２６０によって、それぞれのランナ４１０と結合される。結合器２６０は、図２Ｋに示され、その図面に関連して先に説明されたタイプのものである。結合器２６０は、比較的短いが、ランナ４０８と４１０とが互いに対して移動することを可能にし得る。図４Ｃでは、各ランナ４０８は、３つの結合器２６０によって、それぞれのランナ４１０に結合される。しかしながら、ただ１つの結合器２６０が、ランナ４０８を対応するランナ４１０に結合させることを含む、他の個数の結合器２６０が使用されてもよい。

図４Ｃの同期化マスジャイロスコープ４２０では、枢動リンク機構４０６は、シャトルを通した結合よりもむしろ、プルーフマスに直接結合される。ここでは、シャトル４２２は、より大きな角ゲイン（ａｎｇｕｌａｒ ｇａｉｎ）をジャイロスコープ４２０に提供し得る、図４Ａおよび４Ｂのシャトル４０４よりも小さく作られる。角ゲインとは、センスモードの総モード質量に対する、角回転に応じる質量の比率である。

本出願の態様が同期化マスジャイロスコープを提供する、ということが上記から理解されよう。同期化マスジャイロスコープは、交差方向に沿って線形に移動するように構成された４つの結合されたプルーフマスと、プルーフマスの線形逆位相運動を強要する、プルーフマス配置の周縁に配備された複数のランナと、を有し得る。ランナは、それ自体、線形に移動し、それらが、ほぼゼロの正味運動量を有するような運動量平衡方式において、そのように行い得る。ランナは、１つの軸に平行なプルーフマスの運動を、第２の軸に平行なプルーフマスの運動から切り離し得る。したがって、駆動モードとセンスモードとは、互いに切り離されたままであり得る一方、両方のモードは、線形逆位相運動を呈し得る。

説明されてきたように、本出願の態様は、プルーフマスを線形の逆位相運動に拘束する結合器によって結合された複数の可動プルーフマスを含む、ＭＥＭＳデバイスを提供し、そこでは、結合器は、それ自体、線形に移動する。デバイスは、数ある考えられるデバイスの中でも、共振器、ジャイロスコープ、または加速度計であり得る。様々なシステムは、このようなデバイスを採用し得る。したがって、本出願の様々な態様は、本明細書において説明されるタイプのランナを有するＭＥＭＳデバイスを提供し、このデバイスは、数ある中でも、スポーツ、健康管理、軍事、および産業の用途を含む、様々な場面で、回転を検出するのに使用される。ここで、いくつかの非限定的な例が説明される。

本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳデバイスを採用するシステムは、デバイスに結合された電源、デバイスによって生成された電気信号を処理して、回転などの対象とする特性を評価するように構成された処理回路機構（例えば、センス回路機構）、および／または、無線で、または有線接続によって外部デバイスと通信するための通信回路機構、を含み得る。このような構成要素は、１つのハウジング中に組み合わされ得、これにより、一体化製品を提供する。

本明細書に説明されるタイプのＭＥＭＳデバイスは、様々なデバイス、製品、および場面において使用され得る。１つのこのような場面は、自動車、ボート、および航空機などの乗り物内である。図５は、本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳデバイスが車内で採用される、例を示す。図５の例では、自動車５００は、無線または有線の接続５０６によって、車の車載コンピュータ５０４に結合された制御ユニット５０２を含む。制御ユニット５０２は、任意選択で、電源、処理回路機構、接続５０６を介して通信するためのインターフェース回路機構、または他の任意の適切な構成要素といっしょに、本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳセンサまたはＭＥＭＳデバイスを備え得る。非限定的な例として、制御ユニット５０２は、本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳジャイロスコープを含み得る。ＭＥＭＳジャイロスコープは、例として、自動車５００のヨーを感知し得る。制御ユニット５０２は、ＭＥＭＳデバイスが中にある、自動車５００の適切な部分に取り付けられたパッケージまたはハウジングを備え得る。制御ユニット５０２は、車載コンピュータ５０４から電力および制御信号を受け取ることができ、車載コンピュータ５０４にセンス信号を供給し得る。

本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳデバイスが使用され得る別の場面は、数ある可能性の中でも、テニス、水泳、ランニング、野球、またはホッケーなどのスポーツ用途用のセンサデバイスにおいてである。いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるタイプのＭＥＭＳジャイロスコープは、ウェアラブルフィットネスデバイスの一部であり得る。他の実施形態において、センサは、テニスのラケット、野球のバット、またはホッケーのスティックの一部であるなど、スポーツ用具品の一部であり得る。センサからのセンスデータは、ユーザのパフォーマンスを評価するのに使用され得る。

これまで説明された様々な実施形態は、プルーフマスの平面において回転を検出するのに関するジャイロスコープの動作を示してきた。このようなジャイロスコープは、ヨージャイロスコープと呼ばれる。しかしながら、本明細書において説明されるようなランナの使用は、ヨーを検出するのに加えて、またはその代替案として、他の回転形態を検出するジャイスコープに適用され得る。ヨーとピッチの両方、ロールとピッチの両方、またはヨー、ロール、およびピッチの３つすべてを検出するジャイロスコープは、複数のプルーフマスを一緒に結合させ、かつプルーフマスの逆位相運動を受けて線形に並進する、本明細書において説明されるタイプのランナを利用し得る。したがって、ジャイロスコープに関して、本明細書において説明されるそれらの実施形態は、提供されたジャイロスコープタイプにおいて限定されない、ということが理解されよう。

これまで説明された様々な実施形態は、ジャイロスコープの２つ以上のプルーフマスを一緒に結合させる線形移動結合器を備えるＭＥＭＳジャイロスコープを提供する。このような結合器は、複数マス共振器でも使用され得る。したがって、本出願の態様は、線形移動結合器によって一緒に結合された複数のプルーフマスを有する共振器を提供する。

本出願の態様は、そのうちの少なくともいくつかがすでに説明された、様々な有益な特性を呈するＭＥＭＳデバイス（たとえば、ジャイロスコープ、加速度計、および共振器）を提供する。本出願のすべての態様が、必ずしもそれぞれの利益をもたらすわけではなく、これらの利益が、本明細書において説明される利益に限定されるものでもない、ということが理解されよう。ここで、いくつかの例が説明される。

本出願の態様によれば、低度の加速度感度を呈する（加速度無感応であるとしても説明され得る）、複数プルーフマスＭＥＭＳデバイスが提供される。したがって、ジャイロスコープは、例えば、回転検出に関して極めて正確なパフォーマンスを呈し得る。本出願のいくつかの態様は、駆動モードおよびセンスモードの両方において、反対称式に動作するＭＥＭＳジャイロスコープを提供する。本出願の態様は、上に説明されたそれらの利益に加え、直角位相に比較的、無感応であるＭＥＭＳジャイロスコープを提供する。さらに、ランナを含むこのようなデバイスの製造は、他のタイプの結合器の製造に比べ、比較的簡単で、精密であり得る。したがって、極めて正確な同期の逆位相運動を呈する高精度ＭＥＭＳデバイスが、通常の微細加工技法に関連する製造誤差があるとしても、実現され得る。

実施形態によれば、基板と、上方に懸架され、基板に結合され、かつ第１および第２の軸に平行に線形に並進するようにそれぞれが構成された、第１、第２、第３、および第４のプルーフマスと、第１の軸に平行な４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要するための手段と、を備える、同期化マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ジャイロスコープが提供される。

いくつかの実施形態における同期化マスの平衡ＭＥＭＳジャイロスコープは、第２の軸に平行な４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要するための手段をさらに備える。

いくつかの実施形態における、第１の軸に平行な４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要するための手段と、第２の軸に平行な４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要するための手段とは、同期化マスの平衡ＭＥＭＳジャイロスコープの運動量平衡動作をもたらすための手段を含む。

いくつかの実施形態における同期化マスの平衡ＭＥＭＳジャイロスコープは、４つのプルーフマスの直角位相を阻止するための手段をさらに備える。

いくつかの実施形態における同期化マスの平衡ＭＥＭＳジャイロスコープは、４つのプルーフマスの直角位相を阻止するための手段をさらに備える。

実施形態によれば、基板と、第１のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第１のプルーフマスと、第２のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第２のプルーフマスと、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを一緒に結合させ、かつ第１のプルーフマスが第１の方向に移動し、第２のプルーフマスが第１の方向と反対の第２の方向に移動するときに線形に移動するように構成された、第１の結合器と、を備える、複数マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスが提供される。

いくつかの実施形態において、第１および第２のプルーフマスは、プルーフマス配置を少なくとも一部画定し、第１の結合器がプルーフマス配置の第１の側に配備され、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスが、第１の側と反対の、プルーフマス配置の第２の側に配備され、かつ第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとが線形逆位相運動を呈するときに、第１の結合器と反対に線形に移動するように構成された、第２の結合器をさらに備える。

いくつかの実施形態における複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを一緒に結合させ、かつ第１のプルーフマスが第１の方向に移動し、第２のプルーフマスが第１の方向と反対の第２の方向に移動するときに、第１の結合器と反対に線形に移動するように構成された、第２の結合器をさらに備える。いくつかの実施形態において、第１および第２の結合器は、第１のプルーフマスの同じ側に結合される。

いくつかの実施形態において、第１および第２のプルーフマスは、プルーフマス配置を少なくとも一部画定し、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、第１および第２の結合器と反対側のプルーフマス配置に第３および第４の結合器をさらに備え、第１のプルーフマスが第１の方向に移動し、第２のプルーフマスが第１の方向と反対の第２の方向に移動するときに、第３の結合器は、第１の結合器と同じ方向に線形に移動するように構成され、第４の結合器は、第２の結合器と同じ方向に線形に移動するように構成される。

いくつかの実施形態において、第１の結合器と第２の結合器とは、互いに対して線形に配置される。

いくつかの実施形態において、第１の結合器は第１および第２のプルーフマスに近位であり、第２の結合器は、第１および第２のプルーフマスに遠位である。

いくつかの実施形態において、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、第１の結合器と第１のプルーフマスとの間に結合された枢動リンク機構をさらに備え、第１の結合器は、枢動リンク機構が枢動するときに、線形に移動するように構成される。

いくつかのこのような実施形態において、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、枢動リンク機構にヒンジ式に結合され、かつ枢動リンク機構と第１のプルーフマスとの間に配備された、可動シャトルをさらに備える。

実施形態によれば、複数マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを作動させる方法であって、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを逆位相運動において線形に移動させることと、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとが逆位相運動において線形に移動するのにつれて、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを結合させている第１の結合器を線形に並進させることと、を含む、方法が提供される。

いくつかの実施形態において、第１および第２のプルーフマスは、プルーフマス配置を少なくとも一部画定し、第１の結合器が、プルーフマス配置の第１の側に配備され、方法は、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとが逆位相運動において線形に移動するのにつれて、第１の結合器と反対の方向に、第２の結合器を線形に並進させることであって、第２の結合器が第１の側と反対の第２の側のプルーフマス配置に配備される、ことをさらに含む。

いくつかの実施形態において、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスを作動させる方法は、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとが逆位相運動において線形に移動するのにつれて、第１の結合器の方向と反対の方向に、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを結合させている第２の結合器を線形に並進させることをさらに含む。

いくつかの実施形態において、第１および第２のプルーフマスは、プルーフマス配置を少なくとも一部画定し、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、第１および第２の結合器と反対の側のプルーフマス配置に第３および第４の結合器をさらに備え、方法は、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとが線形逆位相運動において移動するのにつれて、第１の結合器と同じ方向に第３の結合器を線形に並進させ、第２の結合器と同じ方向に第４の結合器を線形に並進させることを、さらに含む。

方法のいくつかの実施形態において、第１および第２の結合器を線形に並進させることは、共通軸に沿って第１および第２の結合器を線形に並進させることを含む。

複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスを作動させる方法のいくつかの実施形態において、第１および第２の結合器を線形に並進させることは、第１および第２のプルーフマスに近位に、軸に沿って第１の結合器を、また第１および第２のプルーフマスに遠位に、軸に沿って第２の結合器を、線形に並進させることを含む。

いくつかの実施形態において、方法は、第１の結合器が線形に並進する間、第１の結合器と第１のプルーフマスとの間に結合された枢動リンク機構を枢動させることをさらに含む。

いくつかの実施形態において、方法は、枢動リンク機構にヒンジ式に結合され、かつ枢動リンク機構と第１のプルーフマスとの間に配備された、シャトルを線形に並進させることをさらに含む。

実施形態によれば、基板と、第１のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第１のプルーフマスと、第２のテザーによって基板に結合され、かつ線形に移動するように構成された第２のプルーフマスと、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとの線形同位相運動を阻止するための手段と、を備える、複数マスの平衡微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスが提供される。

いくつかの実施形態において、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとの線形同位相運動を阻止するための手段は、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを線形逆位相運動に拘束する。

いくつかの実施形態において、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとの線形同位相運動を阻止するための手段は、第１および第２のプルーフマスの回転を阻止するための手段を含む。

いくつかの実施形態において、複数マスの平衡ＭＥＭＳデバイスは、直角位相を阻止するための手段であって、第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとの線形同位相運動を阻止するための手段に結合される、手段を、さらに備える。

「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ（およそ）」および「ａｂｏｕｔ（約）」という用語は、いくつかの実施形態では対象とする値の±２０％の範囲、いくつかの実施形態では対象とする値の±１０％の範囲、いくつかの実施形態では対象とする値の±５％の範囲、またいくつかの実施形態では対象とする値の±２％の範囲、を意味するように使用され得る。「ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ」および「ａｂｏｕｔ」という用語は、対象とする値を含み得る。

１００ ＭＥＭＳデバイス
１０２ａ 第１のプルーフマス
１０２ｂ 第２のプルーフマス
１０４ 基板
１０６ａ テザー
１０６ｂ テザー
１０６ｃ テザー
１０６ｄ テザー
１０６ｅ テザー
１０６ｆ テザー
１０８ａ ランナ
１０８ｂ ランナ
１１２ 点
１１４ 結合器

Claims (15)

1. 基板と、
   第１のテザーによって前記基板に結合され、かつ第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された、第１のプルーフマスと、
   第２のテザーによって前記基板に結合され、かつ前記第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された、第２のプルーフマスと、
   第３のテザーによって前記基板に結合され、かつ前記第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された、第３のプルーフマスと、
   第４のテザーによって前記基板に結合され、かつ前記第１と第２との交差軸のそれぞれに平行に線形に移動するように構成された、第４のプルーフマスと、
   前記第１のプルーフマスと前記第２のプルーフマスとを一緒に結合させ、かつ前記第１のプルーフマスが、前記第２の軸に平行な第１の方向に移動し、前記第２のプルーフマスが、前記第２の軸に平行な前記第１の方向と反対の第２の方向に移動するときに、前記第２の軸に垂直な前記第１の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に移動するように構成された、第１の結合器と、
   を備える、同期化マス微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス。
2. 前記第３のプルーフマスと前記第４のプルーフマスとを一緒に結合させ、かつ前記第３のプルーフマスが、前記第２の軸に平行な前記第２の方向に移動し、前記第４のプルーフマスが、前記第２の軸に平行な前記第１の方向に移動するときに、前記第２の軸に垂直な前記第１の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に移動するように構成された、第２の結合器をさらに備える、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
3. 前記第１の結合器と前記第２の結合器とが、互いに反対方向に線形に移動するように構成される、請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
4. 前記第１の結合器と前記第２の結合器とが、互いに同じ方向に線形に移動するように構成される、請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
5. 前記第１のプルーフマスと前記第３のプルーフマスとを一緒に結合させる第３の結合器と、前記第２のプルーフマスと前記第４のプルーフマスとを一緒に結合させる第４の結合器と、をさらに備え、前記第３および第４の結合器がそれぞれ、前記第３のプルーフマス及び前記第４のプルーフマスが前記第１の軸に平行な逆位相運動において線形に移動するときに、前記第１の軸に垂直な前記第２の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に移動するように構成される、請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
6. 前記第１のプルーフマスと前記第２のプルーフマスとを結合させる第３の結合器をさらに備え、前記第１の結合器と前記第３の結合器とが、互いに対して線形に配置される、請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
7. 前記ＭＥＭＳデバイスが、前記第１の結合器を含む複数の結合器を備え、前記複数の結合器が、前記第１および第２の軸に平行な前記４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要するように、組み合わせ状態で構成され、前記複数の結合器の前記結合器が、前記４つのプルーフマスが逆位相運動を呈するときに線形に移動するように構成される、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
8. 前記複数の結合器の前記結合器が、組み合わせ状態で、それらが、線形に並進するときにほぼゼロの正味運動量をもたらすように選択されたマスを有する、請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス。
9. 一緒に結合された４つのプルーフマスを有する同期化マス微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを作動させる方法であって、
   第１の軸に平行な線形逆位相運動において前記４つのプルーフマスを移動させることと、
   前記４つのプルーフマスが前記第１の軸に平行な線形逆位相運動において移動するときに、前記４つのプルーフマスのうちの第１のプルーフマスと第２のプルーフマスとを結合させている第１の結合器を、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に並進させることと、
   前記４つのプルーフマスが前記第１の軸に平行な線形逆位相運動において移動するときに、前記４つのプルーフマスのうちの第３のプルーフマスと第４のプルーフマスとを結合させている第２の結合器を、前記第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に並進させることと、
   を含む、方法。
10. 前記第１の結合器を線形に並進させることと、前記第２の結合器を線形に並進させることとが、前記第１の軸に交差する第２の軸に平行に、前記第１の結合器と前記第２の結合器とを線形に並進させることを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の結合器を線形に並進させることと、前記第２の結合器を線形に並進させることとが、互いに反対方向に、前記第１の結合器と前記第２の結合器とを線形に並進させることを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記第１の軸に直交する第２の軸に平行な線形逆位相運動において前記４つのプルーフマスを移動させることと、前記４つのプルーフマスが、前記第２の軸に平行な線形逆位相運動において移動するときに、前記４つのプルーフマスのうちの第３のプルーフマスを前記第１のプルーフマスと結合させている第３の結合器を、前記第２の軸に対して垂直な第１の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に並進させることと、前記４つのプルーフマスが前記第２の軸に平行な線形逆位相運動において移動するときに、前記４つのプルーフマスのうちの第４のプルーフマスを前記第２のプルーフマスと結合させている第４の結合器を、前記第２の軸に対して垂直な第１の軸に沿って、全体にわたって一体として平行に線形に並進させることと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 運動量平衡動作において、前記第１および第２の結合器を含む複数の結合器を線形に並進させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記第１の軸に平行な線形逆位相運動において前記４つのプルーフマスを移動させることが、前記４つのプルーフマスを駆動することを含み、前記方法が、前記第１の軸に交差する第２の軸に平行な線形逆位相運動において前記４つのプルーフマスを移動させることによって、前記同期化マスＭＥＭＳデバイスの回転を感知することをさらに含み、前記方法が、複数の線形並進結合器を使用して、前記第１および第２の軸の両方に沿う前記４つのプルーフマスの線形逆位相運動を強要することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
15. 前記第１の結合器が並進させられる方向と反対の方向に、前記第１のプルーフマスと前記第２のプルーフマスとを結合させている第３の結合器を線形に並進させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。

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